滤嘴参数对细支烟主流烟气pH和感官质量的影响

楚文娟，田海英*，李耀光*，冯晓民，孙志涛，李明哲，李国政，顾 亮，马宇平，刘绍锋，聂 聪

1.河南中烟工业有限责任公司技术中心，郑州市经开第三大街8号 450000

2.中国烟草总公司郑州烟草研究院，郑州高新技术产业开发区枫杨街2号 450001

近年来，细支烟作为中式卷烟新品类在快速发展的同时，也遇到了一些技术瓶颈。例如细支烟总通风度普遍较高，易造成卷烟香气丰富性变差；细支烟用滤棒压降普遍偏高，导致卷烟抽吸轻松感欠缺等一系列问题。因此，系统研究细支烟辅材设计对卷烟质量的影响规律，对于细支烟新产品的研发设计具有重要意义。

主流烟气pH反映烟气化学成分的酸碱平衡关系和烟气烟碱的存在形态［1-2］，而感官质量则是对卷烟产品吸食品质的综合评价，两者均是评价卷烟质量的重要指标。目前，烟草工作者在常规卷烟主流烟气pH测定及其对感官质量的影响［3-6］、滤嘴通风对卷烟感官质量的影响［7-11］方面已做了大量工作。但是在滤嘴参数对卷烟主流烟气pH和感官质量的影响方面，特别是针对细支烟，相关研究鲜见报道。鉴于此，以细支烟为对象，系统研究了丝束规格、滤棒压降、滤嘴通风度对主流烟气pH和感官质量的影响规律，旨在为细支烟产品研发提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

滤嘴通风度为0、20%、40%和60%，滤棒压降为2 400、2 800、3 200、3 500、4 000、4 400、4 800和 5 200 Pa，规格 6.0Y/17 000、6.7Y/17 000的丝束（南通醋酸纤维有限公司），8.0Y/15 000的丝束（德国Rhodia Acetow公司），9.5Y/12 000、11.0Y/15 000的丝束（美国Celanese公司）；接装纸（河南省新郑金芒果实业总公司）；卷烟纸（牡丹江恒丰纸业）；其余辅材参数均相同，烟丝为同一种配方且同一批次。

超纯水（＞18 MΩ·cm，使用前先煮沸，再冷却至室温备用）；系列校准用标准缓冲溶液（pH分别为4.01、6.86、9.18，瑞士Mettler Toledo公司）；氯化钾（AR，国药集团化学试剂有限公司）。

SM450直线型吸烟机（英国Cerulean公司）；KQ-700DE数控超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；AL-204-IC电子天平（感量0.000 1 g，瑞士Mettler Toledo公司）；Metrohm848型自动电位滴定仪［含复合水相电极，瑞士万通（中国）有限公司］；HY-8A振荡器（常州华冠仪器制造有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 样品的设计与制作

以河南中烟工业有限责任公司某一在产规格细支烟为基础（烟支长度97 mm，圆周17 mm，滤嘴长度30 mm）；基准辅材参数：卷烟纸定量28 g/m2，卷烟纸透气度50 CU，普通成型纸，采用同一种配方烟丝，按照单因素设计了5种丝束规格，每个丝束规格3个滤棒压降梯度，共15个滤棒样品，搭配4个滤嘴通风梯度，在同一机台卷接60个卷烟样品（表1）。

表1 设计的细支烟样品的滤嘴参数①Tab.1 Designed filter parameters for slim cigarette samples

1.2.2 细支烟主流烟气pH的测定

主流烟气pH的测定参照文献［12］进行。具体步骤为：将细支烟样品置于温度为（22±1）℃，相对湿度为（60±2）%的环境中平衡48 h；剑桥滤片在同样环境条件下平衡12 h。然后选择（平均质量±0.02）g的烟支作为测试样品，将平衡过的剑桥滤片装入烟气捕集器，采用直线型吸烟机，按 GB/T 19609—2004［13］规定的方法抽吸卷烟。每种卷烟取8支，分为2组，每张剑桥滤片收集4支卷烟的主流烟气总粒相物。卷烟抽吸完毕后，空吸5口，使主流烟气自由沉积30 s，迅速取出剑桥滤片，并用脱脂棉擦拭捕集器，一并放入50 mL具塞锥形瓶；加入20 mL蒸馏水（已除去二氧化碳），振荡提取滤片中收集到的总粒相物，提取时间为30 min。避光处静置1 h，随后用校准后的酸度计测定水溶液的pH。

1.2.3 细支烟感官质量评价

把5种丝束规格、不同压降和不同滤嘴通风度等共45个卷烟样品，置于温度为（22±2）℃、相对湿度为（60±5）%的条件下平衡48 h。然后根据烟支（平均质量±0.02）g、（平均吸阻±30）Pa、滤嘴通风度（设计值±2）%的条件挑选烟支。参照GB 5606.4—2005［14］和 YC/T 497—2014［15］的方法，采用分组对比评吸方式，由7位持有由国家烟草质量监督检验中心颁发的卷烟感官评吸证书人员组成评吸小组，对细支烟样品进行评价，最终得分取7位评吸人员打分的平均值。

1.2.4 统计分析方法

统计分析采用SPSS 19.0软件［16］进行。其中，方差分析采用单因素方差分析F检验，相关性分析运用SPSS 19.0进行Pearson简单相关分析和双侧t检验。

2 结果与讨论

2.1 丝束规格对主流烟气pH及感官质量的影响

为了考察丝束规格对细支烟主流烟气pH及感官质量的影响，进行了单因素方差分析，结果（表2）显示：细支烟主流烟气pH和感官评价各指标在5种丝束规格间的差异未达到显著性水平（P值均大于0.05），因此着重研究了滤棒压降和滤嘴通风度对主流烟气pH及感官质量的影响。

2.2 滤嘴参数对主流烟气pH的影响

2.2.1 滤棒压降

细支烟主流烟气pH随滤棒压降的变化情况见图1。在滤嘴通风度一定的条件下，同一丝束规格细支烟，随着滤棒压降升高，主流烟气pH呈增加趋势。李青青等、Morie和Henningfield等［3,17-18］的研究表明烟碱是烟草的特有成分，其存在状态与pH密切相关，在烟草及烟气粒相物中大部分与有机酸结合成盐，以质子化形式存在，而非质子化的游离态烟碱含量较少，因此，有机酸含量的降低会导致非质子化烟碱含量增加，进而导致烟气pH增加。潘立宁等［19］研究表明，随着滤棒压降增加，挥发性有机酸的降低率相对较小（如丙酸的降低率为0.7%/400 Pa、丁酸的降低率为1.5%/400 Pa），而非挥发性有机酸的降低率相对较大（如亚油酸的降低率为12.9%/400 Pa、油酸的降低率为 9.4%/400 Pa）。邱宝平等［6］的研究表明，对卷烟烟气pH影响较大的是苹果酸、十五酸、油酸等非挥发性有机酸。因此，随着滤棒压降的增大，滤棒的过滤效率增大，主流烟气中的酸性物质损失增加，特别是对烟气pH贡献较大的非挥发性有机酸由于滤嘴的截留而损失相对较大，使非质子化烟碱释放量增加，造成主流烟气pH呈增大趋势。对于不同丝束规格细支烟，随着单旦增加，主流烟气pH变化没有明显的规律性。回归分析结果（表3）显示，使用8.0Y/15 000丝束的细支烟，主流烟气pH随滤棒压降变化幅度最大，达到0.010 0/100 Pa，但pH增加幅度与滤棒压降没有相关性。

表2 丝束规格对细支烟主流烟气pH和感官质量影响的单因素方差分析Tab.2 Single-factor variance analysis of effects of tow specification on mainstream smoke pH and sensory quality of slim cigarettes

2.2.2 滤嘴通风度

图1 细支烟主流烟气pH随滤棒压降变化情况Fig.1 Variations of mainstream smoke pH of slim cigarettes along with pressure drop of filter rods

表3 滤棒压降与细支烟主流烟气pH的回归分析Tab.3 Regression analysis of pressure drop of filter rods with mainstream smoke pH of slim cigarettes

细支烟主流烟气pH随滤嘴通风度的变化情况见图2。同一丝束规格细支烟，在滤棒压降一定的情况下，随滤嘴通风度的增加，主流烟气pH呈上升趋势。这可能是因为增加滤嘴通风度，主流烟气的横向扩散作用增强，使得分子量相对较小、沸点较低的酸性成分损失较大，同时烟气温度的降低，使得极性较大、沸点较高的酸性成分被烟丝吸附或滤嘴截留，主流烟气中酸性成分所占比例减小［7,20-22］，使非质子化烟碱的量增加，主流烟气pH呈增大趋势。对于不同丝束规格细支烟，随着单旦增加，主流烟气pH总体呈降低趋势，这可能是因为随着单旦增加，滤棒的过滤效率降低［23］，主流烟气中有机酸成分损失量减少，总粒相物中酸性成分所占比例增加，使质子化烟碱的量增加，导致pH降低。回归分析结果（表4）表明，5种丝束规格细支烟主流烟气的pH随滤嘴通风度变化差异不显著。

2.3 滤嘴参数对感官质量的影响

2.3.1 滤棒压降

图2 细支烟主流烟气pH随滤嘴通风度的变化情况Fig.2 Variations of mainstream smoke pH of slim cigarettes along with filter ventilation rate

表4 滤嘴通风度与细支烟主流烟气pH的回归分析Tab.4 Regression analysis of filter ventilation rate with mainstream smoke pH of slim cigarettes

图3 滤棒压降对细支烟感官质量的影响Fig.3 Effects of pressure drop of filter rods on sensory quality of slim cigarettes

滤棒压降对细支烟感官质量的影响结果见图3。以20%滤嘴通风度，常用的6.0Y/17 000和8.0Y/15 000两种丝束规格为例（其他3种丝束规格的细支烟变化趋势类似），同一丝束规格、同一滤嘴通风度、不同滤棒压降的细支烟，随着滤棒压降的增加，细支烟香气、刺激性、余味得分及感官评价总得分呈降低的趋势。其中，香气指标得分最高相差1.0分，刺激性指标得分最高相差0.4分，余味指标得分最高相差0.6分，总得分最高相差1.5分，而谐调、杂气等指标变化不大。说明低压降的滤棒有利于提高细支烟的整体感官质量。这可能是因为随着滤棒压降增大，细支烟吸阻也随之增加，导致对烟气的过滤效率增大，进入口腔的香味成分减少，感官品质变差［24-25］。因此，从提升感官质量的角度考虑，细支烟在进行设计时应该选择较低的滤棒压降。

2.3.2 滤嘴通风度

为了系统考察细支烟滤嘴通风度对感官质量的影响，分别对滤嘴通风度为20%、40%、60%下的45个细支烟样品进行了感官评吸。以丝束规格6.0Y/17 000、滤棒压降4 400 Pa和丝束规格8.0Y/15 000、滤棒压降3 200 Pa为例，结果见图4。随着滤嘴通风度的增加，细支烟香气得分呈降低的趋势，而刺激性、余味、感官评价总得分呈先增加后降低的趋势。其中，香气指标得分最高相差1.3分，刺激性指标得分最高相差0.7分，余味指标得分最高相差0.5分，总得分最高相差1.3分，而谐调、杂气等指标变化不大。建议选择40%的滤嘴通风度。这可能是因为随着滤嘴通风度的增加，卷烟烟气中的空气比例亦明显增加，使刺激性降低、杂气减少，干净程度提升，所以出现感官质量增加的现象；但是滤嘴通风度增加到一定程度后，继续增加时香味成分也会大量损失，导致细支烟的感官质量下降［26］。这与李炎强等［7］对常规卷烟的研究结论基本一致，即随滤嘴稀释度的增加，烟气香气量、浓度均呈现一定的下降趋势，烟气的细腻程度、干燥感差异不大，而杂气、刺激性以及干净程度的得分呈上升趋势。

图4 滤嘴通风度对细支烟感官质量的影响Fig.4 Effects of filter ventilation rate on sensory quality of slim cigarettes

2.4 滤棒压降与主流烟气pH和感官质量的相关性分析

对滤棒压降与细支烟主流烟气pH及感官质量相关性分析的结果（表5）显示：滤棒压降与细支烟主流烟气pH显著正相关，与感官评价总分显著负相关；与香气极显著负相关，与谐调显著负相关，与杂气、刺激性和余味没有相关性（r均小于0.3）。

表5 滤棒压降与主流烟气pH、感官质量的相关性分析结果Tab.5 Results of correlation analysis between pressure drop of filter rod,mainstream smoke pH and sensory quality

2.5 滤嘴通风度对主流烟气pH和感官质量的相关性分析

对滤嘴通风度与细支烟主流烟气pH及感官质量相关性分析的结果（表6）显示：滤嘴通风度与主流烟气pH和刺激性极显著正相关，与香气极显著负相关，与余味显著正相关，与谐调没有相关性；与杂气、感官质量总得分负相关，但未达到显著性水平。

表6 滤嘴通风度与pH、感官质量的相关性分析结果Tab.6 Results of correlation analysis between filter ventilation rate,mainstream smoke pH and sensory quality

3 结论

①丝束规格对细支烟主流烟气pH和感官质量均没有显著影响。②主流烟气pH随滤棒压降升高而增加；随滤嘴通风度的增加而增加；随单旦增加而降低。③感官评价得分随滤棒压降增加而降低，因此低压降滤棒更有利于细支烟整体感官质量的提高；感官评价得分随滤嘴通风度的增加基本呈先增加后降低的趋势（6.7Y/17 000除外），滤嘴通风度40%时得分最高。④相关性分析显示，滤棒压降与主流烟气pH显著正相关，而与感官评价总分显著负相关；滤嘴通风度与主流烟气pH极显著正相关，而与感官质量总得分负相关，但没有达到显著性水平。